Полупроводниковый датчик температуры Советский патент 1992 года по МПК G01K7/02 

Изобретение относится к термометрии, а именно к устройствам для измерения температуры с помощью полупроводниковых датчиков температуры с p-n-переходом, и может быть использовано для построения дискретных и интегральных датчиков температуры с широкой областью применения

Известен полупроводниковый датчик температуры, содержащий согласованную пару транзисторов, резисторы, источник питания, а также два дифференциальных усилителя.

Недостатком известного датчика является относительная сложность схемы, связанная с наличием двух дифференциальных усилителей.

Наиболее близок к предлагаемому дат чик температуры, входящий в состав измерителя температуры, содержащий чувствительный элемент, выполненный на согласованной паре транзисторов, изготовленных в одном кристалле, два резистора и резистив- ный делитель, включенный относительно общей шины, к которой подключен эмиттер первого транзистора, коллектор и база которого соединены с одним выводом первого резистора и с базой второго транзистора, эмиттер которого через резистивный делитель соединен с выходом дифференциального усилителя, а коллектор - с входом дифференциального усилителя и с одним выводом второго резистора, другой вывод которого соединен с другим выводом первого резистора и с шиной питания.

Недостатками известного датчика являются необходимость использования относиvi

4 О Ю О

О

тельно высокого напряжения питания и относительная сложность схемы ввиду наличия дифференциального усилителя, что не позволяет использовать его в низковольтной аппаратуре, где напряжение питания составляет 1-2 В.

Цель изобретения - снижение минимально допустимого напряжения питания и упрощение устройства при сохранении точности измерения температуры.

Поставленная цель достигается тем, что в полупроводниковом датчике температуры, содержащем чувствительный элемент, выполненный на согласованной паре транзисторов, изготовленных в одном кристалле, два резистора и резистивный делитель, включенный относительно общей шины, к которой подключен эмиттер первого транзистора, коллектор и база которого соединены с одним выводом первого резистора и с базой второго транзистора, эмиттер которого через резистивный делитель соединен с выходом усилителя, а коллектор - с входом усилителя и с одним выводом второго резистора, другой вывод которого соединен с другим выводом первого резистора и с шиной питания, усилитель выполнен на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером с резистором в коллекторной цепи, коллектор которого через транзисторный буферный каскад соединен с выходом усилителя, причем транзистор усилителя согласован с основными транзисторами и выполнен с ними в одном кристалле.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Полупроводниковый датчик температуры содержит согласованную пару транзисторов 1 и 2, выполненных в одном кристалле, два резистора 3 и 4 и резистивный делитель 5, включенный относительно общей шины источника 6 питания, к которой подключен эмиттер первого транзистора 1, коллектор и база которого соединены с одним выводом первого резистора 3 и с базой второго транзистора 2, эмиттер которого через резистивный делитель 5 соединен с выходом усилителя, а коллектор - с входом усилителя и с одним выводом второго резистора 4, другой вывод которого соединен с другим выводом первого резистора 3 и с шиной питания, причем усилитель выполнен на транзисторе 7, включенном по схеме с общим эмиттером с резистором 8 в коллекторной цепи, коллектор транзистора 7 через буферный каскад, выполненный, например, на эмиттерном повторителе-транзисторе 9, соединен с выходом усилителя, причем транзистор 7 согласован с основными транзисторами и выполнен с ними в одном кристалле. Конденсатор 10 обеспечивает устойчивость схемы.

Устройство работает следующим образом.

5При включении питания через первый

транзистор 1 в диодном включении протекает ток

,, -Un-U3B1

11 т

где Un напряжение питания;

U351 - падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора 1.

Транзистор 2 открывается до тех пор, пока не начнет закрываться транзистор 7, так как потенциал коллектора транзистора 2 снижается. При закрывании транзистора

7 потенциал его коллектора повышается, и это повышение через эмиттерный повторитель передается на резистивный делитель 5, выходное напряжение которого передается на эмиттер транзистора 2 и останавливает его дальнейший рост на определенном уровне. В результате действия этой отрицательной обратной связи устанавливается ус- тойчивое состояние и на эмиттере транзистора 2 потенциал 1)э2 будет равен

U32-UT n , 12

где 12 - ток через транзистор 2;

UT температурный потенциал. Прмчем из схемы видно, что

40

12

Un ЦэБ7 R4

где УЭБ падение напряжения на эмиттер- ном переходе транзистора 7.

Если транзисторы 1 и 7 выполнены со- гласованными в одном кристалле и их коллекторные токи равны, то 11эБ1 г 11эБ7. Подставив значения токов И и 12, получим

50

11э2

R4 Ra

т. е. с учетом коэффициента К резистивного делителя выходное напряжение устройства будет равно

ивых Шэ2,

т. е. пропорционально абсолютной температуре, т. к,

0,-f

где R - постоянная Болыдмана;

q - заряд электрона;

Т - абсолютная температура.

Для данного примера выполнения устройства ток через транзистор 7 определяется выражением

т

Un - РэБ9 R8

где 11зБ9- падение напряжения на эмиттер- ном переходе транзистора 9. Таким образом, при

R8

Un - иЭБ9 - KUT lnj|

Un -U3B1

Изобретение позволяет снизить минимально допустимое напряжение питания до 0,9 В при одновременном упрощении устройства за счет замены дифференциального усилителя всего двумя транзисторами, при этом точность измерений сохраняется,

Формула изобретения

Полупроводниковый датчик температуры, содержащий чувствительный элемент, выполненный на согласованной паре

транзисторов, изготовленных в одном кристалле, два резистора и резистивный делитель, включенный относительно общей шины, к которой подключен эмиттер первого транзистора, коллектор и база которого

соединены с одним выводом первого резистора и базой второго транзистора, эмиттер которого через резистивный делитель соединен с выходом усилителя, коллектор - с входом усилителя и с одним выводом второго резистора, другой вывод которого соединен с другим выводом первого резистора и с шиной питания, отличающийся тем, что, с целью снижения минимально допустимого напряжения питания и упрощения устройства при сохранении точности, усилитель выполнен на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером с резистором в коллекторной цепи, коллектор которого через транзисторный буферный

каскад соединен с выходом усилителя, причем транзистор усилителя согласован с основными транзисторами и выполнен с ними в одном кристалле.

Изобретение относите к термометрии, а именно к устройствам для измерения температуры с помощью полупроводниковых датчиков температуры с p-n-переходом, и может быть использовано для построения дискретных и интегральных датчиков температуры с широкой областью применения. Цель изобретения - снижение минимально допустимого напряжения питания и упрощение устройства при сохранении точности измерения температуры. Полупроводниковый датчик содержит два транзистора 1 и 2, два резистора 3 и 4 и усилитель на транзисторе 7, который включен по схеме с общим эмиттером и с резистором 8 в коллекторной цепи, коллектор которого через буферный каскад на транзисторе 9 и делитель 5 напряжения соединен с эмиттером транзистора 2, причем все транзисторы датчика выполнены в одном кристалле для обеспечения и согласованной работы. 1 ил. сл С